Nghiên cứu giải pháp thiết kế thoát nước mưa trên đường phố theo hướng bền vững

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 13 (2V): 73–85 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THIẾT KẾ THOÁT NƯỚC MƯA TRÊN ĐƯỜNG PHỐ THEO HƯỚNG BỀN VỮNG Nguyễn Việt Phươnga,∗, Thái Hồng Nama , Phạm Trung Hảib , Kiều Văn Cẩnc , Nguyễn Tuấn Ngọcc a Khoa Cầu đường, Trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam b Ban Quản lý dự án huyện Kỳ Anh, tỉnh Hà Tĩnh, Việt Nam c Khoa Cơng trình, Trường Đại học Cơng nghệ Giao thông Vận tải, 54 Triều Khúc, Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 21/03/2019, Sửa xong 05/05/2019, Chấp nhận đăng 15/05/2019 Tóm tắt Bài báo trình bày giải pháp thiết kế thoát nước mưa đường phố theo hướng bền vững (SuDs) Trên sở đó, tiến hành áp dụng số giải pháp vào thiết kế hệ thống thoát nước mưa cho trục đường thuộc khu đô thị Kỳ Đồng - Hà Tĩnh Kết tính tốn cho thấy việc định hướng áp dụng giải pháp thiết kế hệ thống thoát nước theo hướng bền vững từ ban đầu tuyến phố đem lại hiệu cao bảo đảm cân sinh thái, giảm thiểu nguy ngập úng, xói mịn, bổ cập nguồn nước ngầm tự nhiên, giảm kích thước cơng trình nước, cải thiện cảnh quan, Từ khoá: hệ thống thoát nước bền vững (SuDs); đường phố STUDY ON DESIGN SOLUTIONS OF SUSTAINABLE URBAN DRAINAGE SYSTEMS ON STREETS Abstract This paper presents design solutions of Sustainable Urban Drainage Systems (SuDs) on streets that possibly applied in the context of Vietnam The authors apply SuDs solutions for a main street in Ky Dong new urban area – Ha Tinh province Calculation results show that the orientation of applying SuDs solutions at the beginning of the street design process will bring high effect to ensure ecological balance, reduce inundation, erosion risks, supplement natural groundwater sources, reduce the size of drainage works, improve the landscape, Keywords: sustainable drainage systems (SuDs); street https://doi.org/10.31814/stce.nuce2019-13(2V)-08 c 2019 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) Đặt vấn đề Nước ta có tốc độ thị hóa tăng nhanh gắn liền với nhu cầu phát triển hạ tầng thị Đơ thị hóa kéo theo q trình bê tơng hóa lấn chiếm sơng ngịi, ao hồ, tàn phá thảm thực vật, làm thu hẹp, thay đổi dịng chảy q trình lưu giữ tự nhiên nước Các cơng trình kết cấu hạ tầng (đường sá, sân bãi, ) chiếm dụng bề mặt tự nhiên làm giảm lực tiêu thoát tự nhiên, làm tăng lưu lượng dòng chảy bề mặt giảm thẩm thấu nước xuống lòng đất, giảm khả bổ sung chỗ nguồn nước ngầm gây đơn điệu cảnh quan, xạ nhiệt bê tơng hóa Số liệu thống kê cho thấy [1], nhiều đô thị nước ta có hệ thống nước thường xun bị tải quan tâm đầu tư Ngập úng thường xuyên xảy thị nước, ví dụ: TP Hồ Chí Minh có 100 điểm ngập, Hà Nội có 30 điểm, Đà Nẵng, Hải Phịng có nhiều điểm bị ngập úng (Hình 1) ∗ Tác giả Địa e-mail: viph.dhxd@gmail.com (Phương, N V.) 73 Phương, N V cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (a) (b) Hình Thực trạng ngập úng xảy nhiều đô thị mưa lớn Các giải pháp nước theo hướng bền vững có từ năm 70 kỷ trước nước giới trọng phát triển Hệ thống SuDs với giải pháp kỹ thuật sinh thái thử nghiệm thành công nhiều nước phát triển: Tokyo thủ đô đạt nhiều kết đáng ghi nhận lĩnh vực này; SuDS có mặt khắp thành phố Vương quốc Anh riêng Scotland tính tới năm 2002 có 1.300 dự án SuDs thực (CIRIA, 2002) Tuy nhiên, Việt Nam vấn đề mẻ, tài liệu hướng dẫn thiết kế thi công chưa có Bài báo giới thiệu giải pháp thiết kế thoát nước đường phố, phương pháp tính tốn thấm, áp dụng đề xuất giải pháp thiết kế, tính tốn cho tuyến đường trục khu thị Kỳ Đồng, Hà Tĩnh Cơ sở lý thuyết thoát nước theo hướng bền vững 2.1 Nguyên lý thoát nước bền vững Hệ thống SuDs vận dụng triệt để nguyên lý chức hệ sinh thái tự nhiên, thay đẩy/thốt thật nhanh nước mưa khỏi đường phố hệ thống kênh hở cống ngầm SuDs làm chậm lại q trình nêu thơng qua khả lưu giữ tạm thời thấm ngấm bổ cập nước ngầm (Hình 2) Nhờ đó, thay coi nước mưa nguồn nước thải cần đầu tư hệ thống thoát quy mô, SuDs cố gắng đưa nước mưa phục vụ lại tự nhiên, cộng đồng: bổ cập nguồn nước ngầm, nuôi lý hệ thống tiêu nước thị bền vững Hình Triết lý hệ thống tiêu nước dưỡng hệ thực vật, hài hịa cảnh quan thiên nhiên, thị bền vững - SuDs [2] góp phần xử lý ô nhiễm nguồn thải phân tán chống ngập úng [2] Hình cho thấy trước thị hóa đất chưa xây dựng tốc độ dịng chảy (đường nét mờ) thấp so với việc không kiểm sốt tốc độ dịng chảy sau thị hóa (đường nét đậm) Đỉnh biểu đồ dịng chảy sau thị hóa cao nhiều đến sớm nhiều so với trước đô 74 Phương, N V cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng thị hóa SuDs kiểm sốt tốc độ dịng chảy (đường nét đứt) sau thị hóa mức trước thị hóa Hình Biều đồ dòng chảy [3] 2.2 Các giải pháp thiết kế thoát nước bền vững a Các giải pháp tổng thể thoát nước bền vững Các giải pháp kỹ thuật thoát nước bền vững đa dạng, tùy thuộc vào quy mơ, mức độ phức tạp vùng nước mưa lựa chọn giải pháp phù hợp Bảng tổng hợp tính thích hợp hiệu giải phápộ SuDs xây Đường phố STT 71 82 93 10 10 Bảng Các giải pháp SuDs khả áp dụng [2] Mương thấm lọc thực vật Giải pháp SuDs Mương thấm lọc thực vật Trũng lưu giữ nước Lớp lọc cát bề mặt Lớp lọc cát ngầm Kênh thực vật Chắn lọc sinh vật Đất ngập nước Bể lọc sinh học Kho chứa nước mưa Bề mặt thấm Khả áp dụng Mật độ xây dựng thấp Khu dân cư Đường phố xa lộ Mật độ xây dựng cao ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ Rất thích hợp; ⊗ Tùy thuộc vào điều kiện mặt cụ thể; 75 Rất sử dụng ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ Phương, N V cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng b Một số giải pháp thiết kế nước thị bền vững đường phố - Giải pháp thiết kế tầng mặt thấm nước: Tổ hợp kết cấu thông thường gồm có phận tầng mặt vật liệu thấm, tầng móng vật liệu ổn định có độ rỗng cao để lưu trữ nước Ngồi ra, để tăng cường khả thoát nước đường, đồng thời giữ cho bề mặt không bị úng nước, tổ hợp kết cấu kết hợp với hệ thống cống ngầm thoát tràn Ống thoát nước chảy tràn đục lỗ để dẫn nước kho chứa nước vị trí nước mưa truyền thống qua cống thoát nước điều kiện kho chứa nước bị tải mưa lớn tránh trường hợp lớp mặt bị ngập nước (Hình 4) - Mặt đường nước; - Lớp móng chứa nước; - Vải địa kỹ thuật; - Lớp móng chứa nước; - Vải địa kỹ thuật Vật liệu cách nước (nếu cần thiết); - Nền đất; - Ống nước chảy tràn Hình Kết cấu mặt đường thấm nước có cống ngầm Một số loại vật liệu sử dụng để làm lớp mặt kết cấu mặt đường thấm nước: + Sử dụng bê tơng rỗng nước: Theo Viện bê tơng Mỹ (ACI), bê tơng rỗng nước loại bê tơng khơng có độ sụt, dùng cấp phối hạt gián đoạn gồm có xi măng Portland, cốt liệu lớn, lượng nhỏ khơng có cốt liệu nhỏ, nước phụ gia Bê tơng rỗng nước có hệ thống lỗ rỗng thơng có kích thước từ mm đến mm, từ dễ dàng cho nước chảy qua Độ rỗng thay đổi từ 15% đến 35%, cường độ nén từ 2,8 Mpa đến 28 Mpa Tốc độ nước bê tơng rỗng nước thay đổi tùy theo kích thước cốt liệu khối lượng thể tích hỗn hợp bê tơng, thường từ khoảng 81 đến 730 lít/phút/m2 [4] Tại Việt Nam, đề tài [5] triển khai nghiên cứu chế tạo thành công bê tông rỗng nước nhanh (Hình 5) Hình Mẫu bê tơng rỗng nước [6] Hình Giải pháp gạch block, gạch lát có độ thấm nước cao [6] + Sử dụng gạch block có khả thấm nước: Các loại gạch bê tông rỗng thấm nước gạch block tự chèn cường độ cao có khe hở viên gạch lớn để thu nước có hiệu hơn, tăng tính ổn định tuổi thọ kết cấu Để tăng tính nước kết cấu gạch block tự chèn có cường 76 Phương, N V cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng độ cao, viên gạch phải thiết kế để thi cơng có khe hở lớn viên gạch kết hợp với lớp móng ổn định cao, nước tốt (Hình 6) - Giải pháp thiết kế vỉa hè thấm nước: Kết cấu vỉa hè gồm có phận tầng mặt thấm nước tốt tầng móng ổn định có nhiệm vụ lưu trữ nước (Hình 7) Các giải pháp sử dụng làm mặt thấm nước vỉa hè: Sử dụng gạch block có khả thấm nước; sử dụng gạch có lỗ trồng cỏ; sử dụng bê tông, gạch bê tông lấp đá; sử dụng vỉ trồng cỏ, vỉ lấp đá; sử dụng đế HDPE lát gạch - Mặt thoát nước; - Lớp móng nước; - Vải địa kỹ thuật; - Lớp móng nước; - Vải địa kỹ thuật; - Nền đất Hình Kết cấu cấu vỉa hè thoát nước - Giải pháp thiết kế dải trồng cây: Các dải trồng hạ thấp để thu giữ nước từ mặt đường vỉa hè, kết hợp với lớp vật liệu có độ rỗng cao (đá dăm tiêu chuẩn, cuội sỏi, ) để tạo thành dải lưu nước tạm thời (Hình 8) Hình Thiết kế điển hình dải đất trồng lưu trữ nước [7] - Giải pháp thiết kế dải phân cách: Hạ thấp giải phân cách giao thông để thu nước mưa về, nước chảy tràn khắp bề mặt với cao độ mực nước đầu bị khống chế để nước chảy tràn tích trữ thẩm thấu từ từ qua lớp phủ thực vật lớp phủ vật liệu rỗng xuống kho chứa nước tạm thời Trường hợp mưa lớn, mực nước giải phân cách dâng cao mức thu lại qua cửa thu nước tràn chảy xuống nhanh chóng xuống kho chứa nước phía Khi kho chứa nước tải, nước kho chứa nước theo ống thoát nước chảy tràn (ống đục lỗ) để vị trí nước khác (Hình 9) 77 Phương, N V cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (a) Mặt cắt ngang (b) Mặt cắt dọc - Đá dăm lọc; - Vải địa kỹ thuật; - Vật liệu rỗng chứa nước; - Vật liệu cách nước (nếu cần thiết); - Ống thu nước chảy tràn; - Cửa thu nước chảy tràn Hình Giải pháp thiết kế giải phân cách - Giải pháp thiết kế rãnh thấm: Rãnh thấm rãnh đào nông lấp đầy vật liệu rỗng (đá, cuội sỏi, ) tạo lưu giữ nước mưa tạm thời, tăng khả lưu trữ nước tự nhiên mặt đất Rãnh thấm giữ dòng chảy dài đủ phép thấm vào đất nằm bên Bề mặt rãnh phủ với lưới thép loại bề mặt thấm bê tông rỗng, gạch block, Các đường ống đục lỗ bọc vải địa kỹ thuật nằm rãnh bao quanh với đá thơ; điều làm tăng khả lưu trữ tạm thời rãnh Rãnh thấm bố trí vỉa hè, giải phân cách lề đường 2.3 Phương pháp thiết kế thấm theo “The SuDs Manual C753” [3] Sổ tay SuDs (C697) Hiệp hội CIRIA (Construction Industry Research and Information Association) ban hành năm 2007, cung cấp hướng dẫn thực hành chi tiết quy hoạch, thiết kế, xây dựng, vận hành bảo dưỡng SuDs Năm 2015, CIRIA cập nhật C697 thành C753 với hướng dẫn kỹ thuật quy trình thích ứng để hỗ trợ lập kế hoạch, thiết kế, xây dựng, quản lý trì SuDs tốt a Phương pháp thiết kế hệ thống bề mặt thấm Hệ thống bề mặt thấm hệ thống có chiều dày khơng đáng kể so với kích thước bề mặt, gồm có phận chính: - Lớp kết cấu bề mặt vật liệu thấm; - Lớp móng vật liệu có độ rỗng cao đóng vai trò chứa nước 78 Phương, N V cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Lớp đá dăm lọc; 2- Vải địa kỹ(a)thuật; 3- Vật liệu chứa nước; 4- Vật liệu cách nước (nếu cần Rãnh thấm bố trí trênrỗng dải phân cách - Lớp đá dăm lọc; - Vải địa kỹ thuật; - Vật liệu rỗng chứa nước; - Vật liệu cách nước (nếu cần thiết); - Ống thu nước chảy tràn; - Bó vỉa (b) Rãnh thấm bố trí lề đường Vật liệu rỗng chứa nước; Vật liệu rỗng chứa nước; - BTN rỗng BTXM rỗng; - Lớp đá dăm lọc; - Vải địa kỹ thuật; - Vật liệu rỗng chứa nước; - Vật liệu cách nước (nếu cần thiết); - Ống thu nước chảy tràn Hình 10 Đề xuất số giải pháp thiết kế rãnh thấm Đối với lượng mưa thiết kế định thoát hệ thống thấm với kích thước cụ thể, mực nước lớn hệ thống thấm (hmax ) xác định sau: hmax = D(R × i − q′ ) n (1) AD (2) Ab q q′ = (3) F D thời gian trận mưa thiết kế với chu kỳ lặp lại trận mưa tính tốn khu vực (giờ); R tỉ lệ diện tích bề mặt thoát nước bề mặt thấm; i cường độ mưa (m/giờ); Ab diện tích bề mặt thấm (m2 ); AD diện tích bề mặt nước (m2 ); q′ hệ số thấm tính tốn; q hệ số thấm, xác định từ thí nghiệm thấm (m/giờ); F hệ số an tồn xác định từ Bảng 2; n độ rỗng lấp đầy vật liệu lớp móng (thể tích rỗng/thể tích), tham khảo Bảng R= b Phương pháp thiết kế hệ thống thấm chiều Hệ thống thấm ba chiều hệ thống có hình chữ nhật hình tam giác, diện tích bề mặt cạnh lớn so với đáy, gồm có phận chính: 79 Phương, N V cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Hệ số an tồn F [3] Diện tích khu vực thoát < 100 m2 100–1000 m2 > 1000 m2 Kết ảnh hưởng Khơng có nguy hại bất tiện Nguy hại nhỏ đến vùng bên bất tiện (ví dụ nước mặt bãi đỗ xe) Thiệt hại cho nhà cửa kết cấu, bất tiện nghiêm trọng (ví dụ: ngập đường) 1,5 1,5 1,5 10 10 10 Bảng Độ rỗng lấp đầy vật liệu [3] Vật liệu n Đá dăm, cuội sỏi tiêu chuẩn Cát cấp phối đá dăm, cuội sỏi 0,3–0,4 0,2–0,3 - Lớp kết cấu bề mặt vật liệu thấm; - Kho chứa nước vật liệu có độ rỗng cao có hình chữ nhật hình tam giác Đối với lượng mưa thiết kế hệ thống thấm có kích thước cụ thể, mực nước lớn hệ thống thấm (hmax ) xác định sau: ′ (4) hmax = a[e(−b D) − 1] a= AD Ab −i ′ P Pq (5) Pq′ nAb (6) b′ = D thời gian mưa thiết kế với chu kỳ lặp lại trận mưa tính tốn khu vực (giờ); i cường độ mưa thiết kế với chu kỳ lặp lại trận mưa tính tốn khu vực (m/giờ); Ab diện tích bề mặt thấm (m2 ); AD diện tích bề mặt nước (m2 ); q′ hệ số thấm tính tốn, xác định theo phương trình (3); P chu vi bề mặt hệ thống thấm (m); n độ rỗng lấp đầy vật liệu lớp chứa nước (thể tích rỗng/thể tích), tham khảo Bảng Có thể tính hmax theo cơng thức lấy từ biểu đồ (Hình 11) Các bước tính tốn chi tiết phương pháp xem chi tiết [3, 7] Hình 11 Biểu đồ xác định hmax c Kiểm tra thời gian tháo cạn Các phương trình tính tốn thủy lực cho SuDs có lưu trữ thâm nhập vào hệ thống, tỷ lệ thâm nhập thấp, đảm bảo hệ thống kết hợp đủ khả lưu trữ Tuy nhiên, 80 Phương, N V cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng thâm nhập thấp, có khả hệ thống khơng bị hết trước trận mưa thiết theo bắt đầu Theo [3], tổ hợp thâm nhập phải thoát nửa (1/2) lượng nước lưu trữ thời gian hợp lý để quản lý trận mưa thiết kế sau Trường hợp tổ hợp thiết kế để quản lý trận mưa thiết kế 1:10 năm 1:30 năm, thông thường định rõ việc tháo cạn 1/2 lượng nước lưu trữ hệ thống xảy vòng 24 Nếu tổ hợp thiết kế để thâm nhập vào trận mưa thiết kế lớn 1:30 năm, việc tháo cạn 1/2 lượng nước lưu trữ hệ thống xảy vòng 24 dẫn đến u cầu kích thước hệ thống lớn với đồng ý quan phê duyệt hệ thống nước, cho phép thời gian thích hợp vịng 12 Trường hợp tháo cạn 1/2 lượng nước lưu trữ hệ thống tìm thấy q dài, u cầu thêm dung tích lưu trữ hệ thống - Thời gian tháo cạn 1/2 lượng nước lưu trữ hệ thống bề mặt thấm là: T 1/2 = nhmax 2q′ (7) Nếu thời gian để tháo cạn 1/2 lượng nước lưu trữ hệ thống quy định 24 q′ tính m/giờ hệ số thấm chấp nhận khi: q′ ≥ nhmax 48 - Thời gian để tháo cạn 1/2 lượng nước lưu trữ hệ thống thấm chiều    hmax + APb  nAb  T 1/2 = ′ loge  h Ab  max qP + P (8) (9) Nếu thời gian tháo cạn 1/2 lượng nước lưu trữ hệ thống quy định 24 q′ tính m/giờ, hệ số thấm chấp nhận khi:    hmax + APb  nAb ′ log  q > (10)  24P e  hmax + Ab  P Đề xuất số giải pháp nước theo hướng bền vững đường trục khu đô thị Kỳ Đồng, huyện Kỳ Anh, tỉnh Hà Tĩnh Đô thị Kỳ Đồng UBND tỉnh Hà Tĩnh phê duyệt Đồ án quy hoạch phân khu (tỷ lệ 1/2.000, Hình 12) Quyết định số 4256/QĐ-UBND ngày 05/11/2015, với mục tiêu xây dựng đô thị Kỳ Đồng thành đô thị đạt tiêu chuẩn loại III, có kết cấu hạ tầng kỹ thuật, hạ tầng xã hội đồng để đáp ứng chức đô thị trung tâm huyện Kỳ Anh Hiện tại, Kỳ Đồng xã nằm phía Đơng Bắc huyện Kỳ Anh, tỉnh Hà Tĩnh Hà Tĩnh nằm khu vực nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, mưa nhiều Ngồi ra, Hà Tĩnh cịn chịu ảnh hưởng khí hậu chuyển tiếp miền Bắc miền Nam, với đặc trưng khí hậu nhiệt đới điển hình miền Nam có mùa đông giá lạnh miền Bắc; nên thời tiết, khí hậu khắc nghiệt Hàng năm, Hà Tĩnh có hai mùa rõ rệt: - Từ tháng đến tháng 10, mùa nắng gắt, khô hạn kéo dài kèm theo nhiều đợt gió phơn Tây Nam (gió Lào) khơ nóng, nhiệt độ lên tới 40◦C, khoảng cuối tháng đến tháng 10 thường 81 Phương, N V cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng hức đô thị trung tâm huyện Kỳ Anh Hình 11.Hình Định hướng hoạch đơKỳthị Kỳ[7]Đồng [7] 12 Định hướngquy quy hoạch thị Đồng có nhiều đợt bão kèm theo mưa lớn gây ngập úng nhiều nơi, lượng mưa trung bình 2800 - 3000 mm/năm, có năm lên tới 4400 mm, lượng mưa lớn 500 mm/ngày đêm - Từ tháng 11 đến tháng năm sau, mùa chủ yếu có gió mùa Đơng Bắc kéo theo gió lạnh mưa phùn, nhiệt độ xuống tới 7◦C 3.1 Tính tốn đề xuất giải pháp thoát nước bền vững cho đường trục Tuyến đường trục thị khu trung tâm thị Kỳ Đồng có chiều dài L = 5000 m, quy mơ mặt cắt ngang có Bnền = 70 m, cụ thể: Mặt đường: 15,0 × = 30,0 m; Giải phân cách giữa: 16,0 m; Hè đường: 12,0 × = 24,0 m; Tuyến đường trục khu thị thường có lưu lượng xe, tải trọng xe lớn, khó áp dụng giải pháp mặt đường thấm nước Bài báo đề xuất giải pháp thoát nước bền vững vỉa hè, hố trồng cây, dải phân cách tuyến đường trục Theo [8], cường độ mưa theo thể tích thời gian t (giờ) khu vực Hà Tĩnh là: c= 3430 A(1 + C lg P) = n (t + b) (t + 20)0,69 (l/s.ha) (11) C cường độ mưa (l/s.ha); P chu kỳ lặp lại trận mưa tính tốn, chọn P = năm; t thời gian mưa (phút); A, C, b, n số khí hậu phụ thuộc vào điều kiện mưa địa phương, nội suy theo phụ lục B [8], có: A = 3430; C = 0,55; b = 20; n = 0,69 Cường độ mưa theo lớp nước: 1,2348 (m/giờ) i = 0,00036 × c = (t + 20)0,69 a Vỉa hè Đề xuất kết cấu vỉa hè: 80 mm viên bê tông thấm (lớp kết cấu mặt thấm nước); 150 mm lớp đệm đá dăm 0,5 × 1; 300 mm móng cốt liệu thơ đá × có độ rỗng thường n = 0,3 (kho giữ nước) Do khơng có đủ thử nghiệm để phân tích thống kê nên để an toàn lấy hệ số thấm thấp q = 7,3 × 106 (m/s) [3] để sử dụng cho thiết kế Vỉa hè thiết kế bề mặt viên bê tơng thấm, nước, tỉ lệ diện tích bề mặt nước bề mặt thấm R = Việc tính tốn kiểm tra thời gian tháo cạn vỉa hè sử dụng phương pháp thiết kế thấm cho hệ thống thấm mặt (Bảng 4) Vậy hmax đạt giá trị lớn 0,155 m thời gian mưa thiết kế Chiều sâu lớp móng 300 mm đảm bảo yêu cầu thiết kế Thời gian tháo cạn 1/2 lượng nước lưu trữ hệ thống = 1,329 < 24 chấp nhận Trên toàn tuyến đường dài 5000 m lượng nước tối 82 Phương, N V cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Tính hmax cho D từ 15 phút đến 24 TT D (h) q (m/s) F q′ (m/h) n i (m/h) hmax (m) T 1/2 (giờ) 0,25 0,50 0,75 24 7,3E-06 7,3E-06 7,3E-06 7,3E-06 7,3E-06 7,3E-06 7,3E-06 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 0,018 0,018 0,018 0,018 0,018 0,018 0,018 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,10622 0,08304 0,06929 0,06004 0,04081 0,02049 0,00809 0,074 0,109 0,129 0,142 0,155 0,059 - 0,633 0,935 1,108 1,214 1,329 0,509 - đa mà lưu trữ vỉa hè là: V1 = b × L × h × n = × 12 × 5000 × 0,3 × 0,3 = 10800 (m3 ), b, L, h chiều rộng, chiều dài, chiều sâu kho chứa nước; n độ rỗng lấp đầy vật liệu sử dụng làm kho chứa nước b Dải trồng Lựa chọn kích thước đặc tính dải trồng cây: Kích thước sơ dải trồng m × m × 1,5 m Kho chứa nước bên có chiều dày 0,7 (m) đá × Mỗi dải trồng thiết kế cho khu vực m × m bề mặt Dải trồng có chỗ trũng bề mặt, nơi nước tạm thời lưu trữ trước chảy xuống kho chứa nước phía Lựa chọn chiều sâu chỗ trũng 0,3 m Do kho chứa nước nằm cách mặt đất lớp đất trồng cây, nên bố trí hệ thống tràn để nước mưa chảy trực tiếp xuống kho chứa nước phía Việc tính tốn kiểm tra thời gian tháo cạn dải trồng sử dụng phương pháp thiết kế thấm cho hệ thống thấm chiều (Bảng 5) Bảng Tính hmax cho D từ 15 phút đến 24 TT D (h) q (m/s) 0,25 0,50 0,75 6 24 7,3E-06 7,3E-06 7,3E-06 7,3E-06 7,3E-06 7,3E-06 7,3E-06 F q′ (m/h) 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 0,018 0,018 0,018 0,018 0,018 0,018 0,018 n 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 i (m/h) Ab (m2 ) P (m) AD (m2 ) 0,106 0,083 0,069 0,060 0,041 0,020 0,008 12 12 12 12 12 12 12 16 16 16 16 16 16 16 36 36 36 36 36 36 36 a b −12,891 −9,915 −8,149 −6,961 −4,491 −1,881 −0,290 0,078 0,078 0,078 0,078 0,078 0,078 0,078 hmax T 1/2 (h) 0,25 0,38 0,46 0,52 0,65 0,70 0,24 1,71 2,36 2,72 2,95 3,38 3,55 1,69 Giá trị lớn hmax 0,7 m, xảy trận mưa kéo dài Vậy kích thước đề xuất kho chứa nước đảm bảo T 1/2 = 3,55 < 24 nên chấp nhận Ta có tồn tuyến đường bố trí 690 dải trồng với kích thước trên, hệ thống lưu trữ khối lượng nước tối đa là: V2 = 690 × (2 × × 0,7 × 0,3) = 1739 (m3 ) c Dải phân cách Thay giải pháp thiết kế dải phân cách thông thường giải pháp dải trồng thu nước (Hình 13) Lựa chọn kết cấu sơ cho L (m) dải trồng cây: - 50 mm lớp đá dăm 0,5 × (là lớp lọc, bỏ qua khả lưu trữ nước lớp này) - Kho chứa nước đá × có độ rỗng thường n = 0,3, kích thước (m) × 1,5 (m) × L (m) 83 Phương, N V cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình 13 Mặt cắt ngang giải phân cách thiết kế - Mỗi dải phân cách có chỗ trũng bề mặt nơi nước tạm thời lưu trữ trước chảy xuống kho chứa nước phía Lựa chọn chiều sâu lớn chỗ trũng dải phân cách 0,3 m Việc tính tốn kiểm tra thời gian tháo cạn dải trồng sử dụng phương pháp thiết kế thấm cho hệ thống thấm chiều (Bảng 6) Bảng Tính hmax cho L = 100 m cho D từ 15 phút đến 24 TT D (h) 2D 0,25 0,5 0,75 24 q (m/s) 7,3E-06 7,3E-06 7,3E-06 7,3E-06 7,3E-06 7,3E-06 7,3E-06 F q′ (m/h) 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 0,018 0,018 q' 0,018 0,018 0,018 0,018 0,018 n 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 i (m/h) Ab (m2 ) P (m) AD (m2 ) 0,106 0,083 0,069 0,060 0,041 0,020 0,008 800 800 800 800 800 800 800 216 216P 216 216 216 216 216 3100 3100 3100 3100 3100 3100 3100 a b −83,305 −64,323 −53,059 −45,482 −29,727 −13,081 −2,927 0,016 0,016 0,016 0,016 0,016 0,016 0,016 hmax T 1/2 (h) 0,33 0,51 0,62 0,71 0,92 1,18 0,92 2,63 3,92 4,74 5,33 6,66 8,17 6,66 Giá trị lớn hmax 1,18 m, xảy trận mưa kéo dài Tương tự tính tốn với L = 300 m, 500 m, 700 m 1000 m, nhận thấy rằng, hmax có giá trị thay đổi khơng đáng kể với chiều dài dải phân cách L từ 100 đến 1000 m giá trị lớn 1,18 m xảy trận mưa kéo dài Vậy kích thước lựa chọn đảm bảo yêu cầu thiết kế T 1/2 = 8,17 < 24 nên chấp nhận Trên toàn tuyến đường dài 5000 m lượng nước tối đa mà lưu trữ dải phân cách là: V3 = 5000 × × 1,5 × 0,3 = 18000 (m3 ) 84 Phương, N V cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Kết luận Xuất phát từ thực trạng ngập úng đường phố đô thị mực nước ngầm ngày hạ thấp đơn điệu cảnh quan, xạ nhiệt bê tơng hóa, giải pháp nước bền vững (SuDs) áp dụng cho đường phố xem hướng giải tốn đó, phù hợp với định hướng thị xanh, bền vững Bài báo trình bày tổng quan giải pháp SuDs áp dụng cho đường phố Việt Nam Với thiết kế giả định khu đô thị Kỳ Đồng, áp dụng giải pháp thoát nước bền vững cho vỉa hè, hố trồng dải phân cách đoạn đường trục (Bnền = 70 m) dài km, lưu giữ (tối đa) 30.000 m3 nước, với kích thước kho chứa này, tuyến đường chịu trận mưa kéo dài với cường độ mưa 120 l/s.ha mà không bị đọng nước đường Như từ kinh nghiệm quốc tế kết tính nêu cho thấy việc áp dụng giải pháp nước bền vững cho đường phố hồn tồn khả thi cần thiết Tài liệu tham khảo [1] Bộ Xây dựng (2009) Hiện trạng thoát nước đô thị [2] Cảnh, Đ (2007) Nghiên cứu ứng dụng Kỹ thuật sinh thái (ecological engineering) xây dựng hệ thống tiêu nước thị bền vững (SuDs), góp phần phịng chống ngập úng, lún sụt nhiễm Tp Hồ Chí Minh Đề tài NCKH cấp Thành phố [3] CIRIA (2015) The SuDs manual (C753) [4] ACI Committee 522 ACI 552R-05: Pervious concrete [5] Minh, P Q., cs (2016-2020) Nghiên cứu chế tạo, ứng dụng bê tơng rỗng nước nhanh kết cấu rỗng thu chứa nước cơng trình hạ tầng kỹ thuật nhằm giảm thiểu úng ngập mưa, điều tiết nước thị thích ứng với biến đổi khí hậu Đề tài Nghiên cứu ứng dụng phát triển công nghệ cấp Quốc gia Mã số: BĐKH 07/16-20 [6] www.pinterest.com [7] Hải, P T (2018) Nghiên cứu giải pháp thiết kế thoát nước mưa theo hướng bền vững đường phố, áp dụng cho khu đô thị Kỳ Đồng, huyện Kỳ Anh, Hà Tĩnh Luận văn cao học, trường Đại học Xây dựng [8] TCVN 7957:2008 Thoát nước - Mạng lưới cơng trình bên ngồi - Tiêu chuẩn thiết kế 85 ... chảy (đường nét đứt) sau thị hóa mức trước thị hóa Hình Biều đồ dịng chảy [3] 2.2 Các giải pháp thiết kế thoát nước bền vững a Các giải pháp tổng thể thoát nước bền vững Các giải pháp kỹ thuật thoát. .. liệu hướng dẫn thiết kế thi cơng chưa có Bài báo giới thiệu giải pháp thiết kế thoát nước đường phố, phương pháp tính tốn thấm, áp dụng đề xuất giải pháp thiết kế, tính tốn cho tuyến đường trục khu... Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng b Một số giải pháp thiết kế thoát nước đô thị bền vững đường phố - Giải pháp thiết kế tầng mặt thấm nước: Tổ hợp kết cấu thơng thường gồm có phận tầng mặt vật